(57)【要約】【課題】  加圧供給系を採用したインクジェット記録装置において、記録ヘッドの内圧の変動のみによって開閉する供給制御弁のために制限されていたインクの供給速度を高くする。【解決手段】  記録ヘッドの内圧の変動によって開閉する供給制御弁を、外部からも任意に開閉可能な手段を持たせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録装置本体に着脱可能に固定されインクを供給するインクタンクと、キャリッジに搭載された記録ヘッドは吐出機構をもつ第一の液室と負圧発生手段をもつ第二の液室をもち、インクを加圧によりインクタンクから第二の液室に供給するインクジェット記録装置において、
前記インクタンクからインクを供給するために設けられた流体導管を前記第二の液室に接続する個所に設けられている弁が、前記第二の液室の内圧変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によって前記弁を任意に開閉する手段を持つことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記弁は、前記第二の液室の内圧変化に応じて移動するダイヤフラムに連動して動くことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは、外部からの作用によって一時的に動作を止めることが出来ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記外部からの作用は、作用を及ぼしている時間を計測することによって前記ダイヤフラムの動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記外部からの作用は、前記第二の液室に備えられた内圧の計測手段によって前記ダイヤフラムの動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを吐出することで記録をおこなうインクジェット記録装置およびそれと同等のものに関するもので、特に高速且つ大容量のインクを供給するインク供給システムを持つインクジェット記録装置のインク供給速度を高めたことに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は、記録用紙のような記録媒体を横切って往復運動するキャリッジに搭載されるインクジェット記録ヘッドを利用することが多い。記録ヘッドが記録媒体を横切って運動するにつれて、制御電子部品が記録ヘッドの吐出部分を起動して、記録媒体上にイメージまたは文字を形成するため吐出ノズルからインク滴を吐出する。記録ヘッドへのインクの補給はインク補給容器（以下インクタンク）がおこなう。
【０００３】
一部の記録装置は取り替えることが可能なインクタンクを記録装置本体の一部に収納し、インクタンクに接続された柔軟でしかも中空な流体導管を経由して記録ヘッドにインクを補給する。また、記録媒体に対し重力方向上方の記録ヘッドが下方向にインク滴を吐出する記録装置も見受けられる。その場合記録ヘッド内は微負圧に維持され吐出ノズル内のインクは大気との境界にメニスカスを形成することが良いとされる。
【０００４】
このようなインク供給システムの従来例として、例えばインクタンク近傍に設けた大気開放部と記録ヘッドのインク吐出部との水頭差を利用したものがある（例えば特許文献１参照）。この水頭差方式は、インク供給システムを低コストで製造できるという利点があるが、反面記録ヘッドとインクタンクのレイアウトに制限がある、印刷中のインク供給スピードが遅い、といった問題点があった。
【０００５】
一方で、複雑な負圧発生メカニズムを必要とするため製造コストは上がるが、水頭差方式の問題点を克服するインク供給システムとして、加圧供給方式が実用化されている。例えば、特許文献２においては、記録ヘッドの液室内にバネ袋を設け、バネ袋の挙動に連動して供給弁が開閉されることにより、液室内へのインクの供給と液室内の負圧の保持を実現している。具体的な方法は開示されていないが供給されるインクは加圧されているため、供給弁が開かれるとインクはすぐに液室に供給される。また、所定の加圧力が実現できればインクタンクはどこにあっても良く、レイアウトフリーな設計を行うことが出来る。
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献２にあるような負圧発生機構では、液室の負圧が高まって供給弁が開いても少しインクが供給されるとバネ袋の圧力と液室の負圧が釣り合い、供給弁が閉じてしまうので、短時間に大量のインクを供給するのには適していなかった。短時間に大量のインクを供給する必要があるのは例えば新しい記録ヘッド装着時のインク充填（初期充填）が挙げられる。特許文献２の出願人は初期充填を行わないようにしてインクジェット記録装置を実用化しているが、もし初期充填を行った場合、特許文献２にあるような構成では時間がかかる。
【０００７】
短時間に大量のインクを供給する手段として、例えば特許文献３に開示されているような手段がある。これによると、インク供給流路の途中に任意に開閉可能な弁を設け、前記弁を閉じた状態で吸引手段により記録ヘッドのインク吐出部から吸引を行い、十分に記録ヘッド内の負圧が高まった状態で前記弁を開ける。このとき、記録ヘッド内とインクタンク内との圧力差が非常に大きいため、相対的に大きな速度でインクが記録ヘッドに供給される。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に開示される構成の弁では液室の内圧変動に応じて開閉させることが出来ず、加圧供給方式のインク供給システムとして利用することは出来なかった。
【特許文献１】特開2002-307709（第２５項、図２）
【特許文献２】特表2001-514985（第３２項、図１）
【特許文献３】特開2001-71536（第８項、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑み、加圧供給方式でありながら、短時間に大量のインクを供給することが出来るインクジェット記録装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本出願に関わる第１の発明は、インクジェット記録装置本体に着脱可能に固定されインクを供給するインクタンクと、キャリッジに搭載された記録ヘッドは吐出機構をもつ第一の液室と負圧発生手段をもつ第二の液室をもち、インクを加圧によりインクタンクから第二の液室に供給するインクジェット記録装置において、前記インクタンクからインクを供給するために設けられた流体導管が前記第二の液室に接続される個所に設けられている弁が、前記第二の液室の内圧変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によって前記弁を任意に開閉する手段を持つことを特徴としている。
【００１１】
また、本出願に関わる第２の発明は、前記弁が前記第二の液室の内圧変化に応じて移動するダイヤフラムに連動して動くことを特徴としている。
【００１２】
また、本出願に関わる第３の発明は、前記ダイヤフラムは、外部からの作用によって一時的に動作を止めることが出来ることを特徴としている。
【００１３】
また、本出願に関わる第４の発明は、前記外部からの作用は、作用を及ぼしている時間を計測することによって前記ダイヤフラムの動作を制御することを特徴としている。
【００１４】
また、本出願に関わる第５の発明は、前記外部からの作用は、前記第二の液室に備えられた内圧の計測手段によって前記ダイヤフラムの動作を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果は、印刷中のインク供給スピードが比較的速く、インクタンクのレイアウトを自由に設計することが出来る加圧供給方式のインク供給システムにおいて、短時間に大量のインクを供給することを可能にする、というものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態は、インクジェット記録装置本体に着脱可能に固定されインクを供給するインクタンクと、キャリッジに搭載された記録ヘッドは吐出機構をもつ第一の液室と負圧発生手段をもつ第二の液室をもち、インクを加圧によりインクタンクから第二の液室に供給するインクジェット記録装置において、前記インクタンクからインクを供給するために設けられた流体導管が前記第二の液室に接続される個所に設けられている弁が、前記第二の液室の内圧変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によって前記弁を任意に開閉する手段を持つ、というものである。
【００１８】
また、前記弁が前記第二の液室の内圧変化に応じて移動するダイヤフラムに連動して動く、というものである。
【００１９】
また、前記ダイヤフラムは、外部からの作用によって一時的に動作を止めることが出来る、というものである。
【００２０】
また、前記外部からの作用は、作用を及ぼしている時間を計測することによって前記ダイヤフラムの動作を制御する、というものである。
【００２１】
また、前記外部からの作用は、前記第二の液室に備えられた内圧の計測手段によって前記ダイヤフラムの動作を制御する、というものである。
【実施例１】
【００２２】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、この特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２３】
図３は、本実施例におけるインクジェット記録装置５００を示している。インクジェット記録装置５００は流体導管２５０を経由して取り替え可能なインクタンク２００に接続される記録ヘッド１００を含む。記録ヘッド１００は、流体導管２５０からインクを受け取って、記録装置制御基板４５０の制御下に記録媒体（不図示）上へのインクの吐出を選択的におこなうことを可能にする。
【００２４】
インクタンク２００は柔軟部材で形成された袋体２０２とインク導出口を密閉するゴム栓２０１および袋体２０２を密閉するケース２０５で構成される。流体導管２５０の一端は先端が鋭利な中空管であるインク針２０３がゴム栓２０１に差し込まれることで流体導管２５０へのインクの導出を可能とする。インク針２０３のゴム栓への差込と同時に加圧ポンプ２１０がケースと接続する。加圧ポンプ２１０はケース２０５に加圧空気を送ることで袋体２０２の周囲を加圧し、袋体に収容したインクを流体導管および記録ヘッドに送付する。
【００２５】
記録ヘッド１００は下向きに吐出ノズル１０５をもつ重力方向下方の第一の液室と負圧発生手段をもち重力方向上方にある第二の液室１１０が接続し気密一体的に形成される。
【００２６】
第二の液室１１０は流体導管２５０からのインクを受け取る供給口１１３と第二の液室よりも重力方向下方にある第一の液室１０１と接続する供給フィルター１０２がインクの流路として形成される。
【００２７】
負圧発生手段は柔軟部材であるダイヤフラム１１１とダイヤフラム１１１を変形させるダイヤフラムバネ１１２である。ダイヤフラム１１１は片面が第二の液室内に面し他面が大気に露出されて形成され、第二の液室１１０が体積増となる大気側へダイヤフラム１１１を変形させるダイヤフラムバネ１１２により第二の液室１１０内の微負圧を実現する。前記第二の液室内に発生させた微負圧は気密一体的に接続された第一の液室１０１もほぼ同一の微負圧を発生し、記録ヘッド１００の下方にある記録媒体（不図示）に向けて下向きに開口したノズル１０５に良好なメニスカスを形成する。
【００２８】
供給制御手段は前記負圧発生手段と連動する供給制御弁１６０である。供給口１１３は弾性部材で形成された供給制御弁１６０で間欠的に開閉される。ダイヤフラム１１１とアーム１６１を介して一体的に動作する供給制御弁１６０はダイヤフラムバネ１１２によって付与されたバネ力を受け供給口１１３を閉塞する。インクの吐出により記録ヘッド内の負圧は変動する。所定微負圧を越えた圧力で供給制御弁１６０は開放し、供給口１１３よりインクが流入する。記録ヘッド内は圧力が増加し、再び所定の微負圧となる。連続記録動作は供給制御弁の間欠的な開閉動作によりインクは記録ヘッドに供給される。
【００２９】
第一の液室１０１と第二の液室１１０はポンプ室１２０を経由して循環路を形成する。
【００３０】
第一の液室１０１は複数のノズル列１０５に沿って長手方向両端にインクの入り口側に供給フィルター１０２とインク出口側に排出フィルター１０３をもつ一方向流路を形成している。ノズル１０５の上方は傾斜面１０４をもつ流路を形成し、傾斜面下側が供給フィルター１０２であり、重傾斜面上側に位置するのが排出フィルター１０３である。
【００３１】
第一の液室の空気溜りを除去するポンプ手段はダイヤフラムポンプ１２１である。泡抜きポンプ室１２０は第一の液室１０１と第二の液室１１０とで循環経路を形成する小部屋であり、接続流路をそれぞれ一方向に開閉する開閉弁A１３０と開閉弁B１３１と泡抜きポンプ室を体積変化させる柔軟部材で形成されたダイヤフラムポンプ１２１で形成する。
【００３２】
開閉弁A１３０は泡抜きポンプ室内に開閉弁B１３１は第二の液室内に開放する一方向弁である。
【００３３】
第二の液室１１０から空気を除去する手段は排出口１１４である。排出口１１４のさらに下流には空気抜き流路１８１を経由して傘バルブ１８０があり記録ヘッド内の第一と第二の液室を大気から隔絶している。排出口１１４は満タン制御弁１５０で間欠的に開閉される。満タン制御弁１５０の動作はフロート１４０の浮力によっておこなう。第二の液室１１０にインクが充填されフロート１４０が浮き上がった状態で回転軸１４５を回転中心に満タン制御弁は排出口１１４を閉塞する。記録動作により第二の液室内からインクが減った場合満タン制御弁１５０は開放する。傘バルブ１８０の下流側には空気抜き口１８２が大気に開口する。
【００３４】
記録ヘッド１００のノズル詰まりなどの問題を改善するのが回復系３００である。回復系３００は吸引負圧発生部３３０とノズルキャップ３１０、空気抜きキャップ３２０前記キャップと吸引負圧発生部をそれぞれ接続する流路３１１，流路３２１および開閉弁３１２と開閉弁３２２で構成される。負圧発生部は不図示のチューブポンプと駆動モーターおよぶ駆動制御基板で構成される。
【００３５】
次に記録動作におけるインクの流れと各部の動作を説明する。
【００３６】
（初期充填動作）
図１は本出願の発明の実施形態を最もよく表した図面である。回復系と連動する、もしくは回復系とは独立に駆動されるアーム４０１は、ダイヤフラム１１１と連結されており、ダイヤフラム１１１を自由に上下させることが出来る。このアーム４０１を用いて、下記のような手順で初期充填時間を短縮させる。
【００３７】
初期充填時に流体導管２５０、第一の液室１０１、第二の液室１１０にインクはない。インクタンク２００をインク針２０３に接続する。加圧ポンプにより袋体周囲を加圧し、インク供給状態にする。
【００３８】
空気抜きキャップ３２０を空気抜き口１８２に、ノズルキャップ３１０をノズル１０５のある記録ヘッドフェイス面（ノズル同一面）に係合する。開閉弁３１２は閉じ、開閉弁３２２は開放する。アーム４０１はダイヤフラム１１１を上方向に引っ張るように作用している。負圧発生部３３０の発生負圧はチューブポンプを連続的に動作することで第二の液室内を微負圧にするダイヤフラム１１１とダイヤフラムバネ１１２による発生負圧よりも高い負圧を発生する。前記高い発生負圧により空気抜きキャップ部が負圧状態となり流路接続する傘バルブ１８０が開放状態となる。インクのない第二の液室内でフロート１４０は下がった状態にあり満タン制御弁１５０は排出口１１４を開放する。傘バルブ１８０の開放により空気抜き流路１８１は負圧状態となりやがて第二の液室内も微負圧よりも高い負圧となる。このとき、ダイヤフラム１１１はアーム４０１によって上方向に引っ張られているので、引っ張られていないときと比べてより高い負圧にならなければ供給制御弁１６０が開放されることはない。そして、所定のタイミングでアーム４０１のダイヤフラム１１１に対する作用を排除すれば、供給制御弁１６０は十分に大きく長く開放される。このとき、流体導管２５０内も十分に大きな負圧になることでインクタンク２００のインクは第二の液室内に高速で導かれる。第二の液室に導かれたインクは重力方向下方に位置する第一の液室に流れ込む。第二の液室のインク量増加に伴いフロート１４０が浮き上がりやがて満タン制御弁１５０が排出口１１４を閉塞する。
【００３９】
アーム４０１のダイヤフラム１１１に対する作用を排除するタイミングは、負圧発生部３３０を作動させてから所定の時間が経過したとき、とするのが良い。もしくは、圧力計１７０を用いて第二の液室１１０の圧力を計測し、所定の負圧に到達したとき、としても良い。
【００４０】
（空気の混入）
記録ヘッド１００は半永久的なインクの吐出を期待されている。インクタンク２００のインクが流体導管２５０を経由して記録ヘッド１００の吐出ノズル１０５からすべて吐出されてもインクタンク２００を交換することで連続的なおこなうことが可能となる。インクタンク２００の交換に際してゴム栓２０１との接続を解除されたインク針２０３は大気に露出されることで中空管内部に空気溜りを抱き込むことになり、次のインクタンクが接続されインクの供給が再開されたことで流体導管２５０を通じて前記空気溜りを記録ヘッド側へ送り込むことになる。また、流体導管２５０はポリエチレン樹脂などの柔軟素材でしかもガス透過性の低い材質で形成されており、記録媒体上の記録ヘッド１００の移動を可能としているが、大気からの空気の混入を完全に防ぐことはできないため記録装置５００の長期の保存には流体導管２５０に混入した空気が記録動作再開後に記録ヘッド１００へ送り込まれることになる。
【００４１】
インク吐出による記録動作においてノズル１０５からの空気の抱き込みやインク内の溶存空気が第一の液室１０１内に泡となって発生した場合、傾斜面１０４を通って排出フィルター１０３の下方に泡溜りとなって集積する。
【００４２】
（空気抜き動作）
第一の液室の空気を抜く動作は第一の液室１０１と第二の液室１１０とポンプ室１２０の循環によりおこなう。循環が行われるときノズル１０５のメニスカスが破壊しないようにノズルキャップ３１０は閉塞して行われる。
【００４３】
ポンプ室１２０の体積変化はダイヤフラムポンプ１２１の変形により実現する。回復系から駆動されるアーム４００の往復動によりダイヤフラムポンプ１２１は一部が上下に変形し、ポンプ室１２０の体積変化とともに圧力変化をもたらす。アーム４００の下降動作によりポンプ室の圧力が増加し、開閉弁A１３０は閉塞し、開閉弁B１３１は開放する。次にアーム４００の上昇動作によりポンプ室１２０の圧力が低下し、開閉弁B１３１は閉塞し、開閉弁A１３０は開放する。ポンプ室１２０は微負圧よりも圧力低下があるため、排出フィルター１０３の下方のインクはポンプ室１２０に移動する。このとき排出フィルター１０３の下方に空気溜りがあれば移動するインクとともに空気もポンプ室１２０に移動する。再度アーム４００が下降することでポンプ室１２０の圧力が高まったとき、第一の液室１０１から移動してきた空気は開閉弁Ｂ１３１が開放することで第二の液室に移動する。このように第一の液室→ポンプ室→第二の液室→第一の液室というようにインクの循環が行われることでインクとともに移動した空気は第二の液室内の上方に蓄積する。
【００４４】
第二の液室では空気の移動によりインクの液位が下がり、フロート１４０の下降に伴い満タン制御弁１５０が開放する。ここで空気抜きキャップ３２０が空気抜き口１８２に接合し、回復系３００の駆動により負圧が発生すれば傘バルブ１８０を経て第二の液室の空気が排出されるのは明らかである。
【００４５】
長期保存により流体導管２５０を透過した空気やインクタンクの交換により混入した中空管の空気は記録動作の再開により第二の液室上方に蓄積され、満タン制御弁の開放により空気抜きは実現される。
【実施例２】
【００４６】
図２は本出願の発明の実施形態を最もよく表した図面である。回復系と連動する、もしくは回復系とは独立に駆動されるアーム４０１は、ダイヤフラム１１１と連結されており、ダイヤフラム１１１を自由に上下させることが出来る。このアーム４０１を用いて、下記のような手順で初期充填時間を短縮させる。
【００４７】
初期充填時に流体導管２５０、第一の液室１０１、第二の液室１１０にインクはない。インクタンク２００をインク針２０３に接続する。加圧ポンプにより袋体周囲を加圧し、インク供給状態にする。
【００４８】
空気抜きキャップ３２０を空気抜き口１８２に、ノズルキャップ３１０をノズル１０５のある記録ヘッドフェイス面（ノズル同一面）に係合する。開閉弁３１２は閉じ、開閉弁３２２は開放する。アーム４０１はダイヤフラム１１１を下方向に押し下げるように作用している。負圧発生部３３０の発生負圧はチューブポンプを連続的に動作することで第二の液室内を微負圧にするダイヤフラム１１１とダイヤフラムバネ１１２による発生負圧よりも高い負圧を発生する。前記高い発生負圧により空気抜きキャップ部が負圧状態となり流路接続する傘バルブ１８０が開放状態となる。インクのない第二の液室内でフロート１４０は下がった状態にあり満タン制御弁１５０は排出口１１４を開放する。傘バルブ１８０の開放により空気抜き流路１８１は負圧状態となりやがて第二の液室内も微負圧よりも高い負圧となる。このとき、ダイヤフラム１１１はアーム４０１によって下方向に押し下げられているので、常に供給制御弁１６０は開放されている。よって、もともとインクは加圧状態で供給されていることと、第二の液室内が高い負圧となっていることから、インクタンク２００のインクは第二の液室内に高速で導かれる。第二の液室に導かれたインクは重力方向下方に位置する第一の液室に流れ込む。第二の液室のインク量増加に伴いフロート１４０が浮き上がりやがて満タン制御弁１５０が排出口１１４を閉塞する。
【００４９】
アーム４０１のダイヤフラム１１１に対する作用を排除するタイミングは、負圧発生部３３０を作動させてから所定の時間が経過したとき、とするのが良い。もしくは、圧力計１７０を用いて第二の液室１１０の圧力を計測し、所定の負圧に到達したとき、としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１における、液室の内圧の変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によっても自由に開閉を行うことが出来る弁を液室に備えたインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置の初期インク充填を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２における、液室の内圧の変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によっても自由に開閉を行うことが出来る弁を液室に備えたインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置の初期インク充填を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１及び２における、液室の内圧の変化に応じて開閉すると共に、外部からの作用によっても自由に開閉を行うことが出来る弁を液室に備えたインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
100  記録ヘッド
101  第一の液室
102  供給フィルター
103  排出フィルター
104  傾斜面
105  吐出ノズル
110  第二の液室
111  ダイヤフラム
112  ダイヤフラムバネ
113  供給口
114  排出口
120  ポンプ室
121  ダイヤフラムポンプ
130  開閉弁A
131  開閉弁B
140  フロート
145  回転軸
150  満タン制御弁
160  供給制御弁
161  アーム
170  圧力計
180  傘バルブ
181  空気抜き流路
182  空気抜き口
200  インクタンク
201  ゴム栓
202  袋体
203  インク針
205  ケース
210  加圧ポンプ
250  流体導管
300  回復系
310  ノズルキャップ
311  流路
312  開閉弁
320  空気抜きキャップ
321  流路
322  開閉弁
330  吸引負圧発生部
400  アーム１
401  アーム２
450  記録装置制御基板
500  インクジェット記録装置
【図１】
2010105192.tif 000003
【図２】
2010105192.tif 000004
【図３】
2010105192.tif 000005